Comment les Interfaces Cerveau-Machine peuvent-elles permettre à des personnes invalides de retrouver une certaine mobilité?
La connexion entre le cerveau et la machine
Lorsque la grille d'électrodes est implantée dans le cortex, on parle de méthode invasive.
Cette méthode, ayant une excellente résolution spatiale, peut être utilisée pour traiter la Maladie de Parkinson ou l'épilepsie mais nécessite une intervention chirurgicale.
Lorsque la grille est placée sous la dure-mère (membrane qui est située sous la boîte crânienne et qui entoure le cerveau ), c’est une méthode semi-invasive, appelée électro-corticogramme (ECoG).
Une chirurgie doit également être réalisée, mais la résolution spatiale est moins bonne (quelques millimètres).
L’EEG est un examen permettant d’enregistrer l’activité électrique spontanée du cerveau à travers le crâne au moyen d’électrodes reliées entre elles selon des montages variables. L’appareil d’enregistrement mesure le potentiel électrique détecté par chaque électrode et compare les électrodes deux à deux.
Le choix du mode d’enregistrement dépend de l’objectif recherché et des applications. En cas de problème, le matériel peut être retiré.
Une des premières étapes du fonctionnement de l’ICM est donc l’acquisition du signal. Ensuite il faut analyser les enregistrements et traiter les informations.
Lorsque l'on pose un simple casque en tissu équipé de multiples électrodes, c’est une méthode dite non-invasive, aussi nommée électro-encéphalogramme.
C'est une technique sans risque, dont la résolution spatiale est de l'ordre de quelques centimètres.
Principales étapes d'une interface cerveau-machine
(Dossier de presse "Open ViBE")
Une ICM est composée de différents systèmes : le premier permet l'acquisition des signaux émis par les neurones, le second est préposé au traitement des signaux acquis, et enfin le dernier est un système de classification puis de traduction des signaux en commande.
On distingue 6 étapes lors de l’utilisation. Ces étapes sont résumées dans le schéma ci-contre.
Pour faire fonctionner une ICM, l’utilisateur doit imaginer effectuer un mouvement. Cela génère une activité cérébrale (activité électrique), que l'on peut mesurer à l'aide de capteurs, comme des électrodes. Les signaux recueillis sont ensuite transmis à un ordinateur qui les analyse et qui les traduit en commande pour la machine.
Les systèmes fonctionnent généralement en boucle fermée, cela veut dire que les ICM prennent en compte la réaction des utilisateurs pour leur permettre de perfectionner leur utilisation de la machine. Les patients ont un retour audio ou visuel de leur activité cérébrale et peuvent par la suite affiner leur pensée pour préciser leur action via l'effecteur. Ce fonctionnement permet également à la machine d’adapter son interprétation des activités cérébrales. Cela s’appelle le neurofeedback.
L’utilisation des ICM demande généralement un temps d'adaptation, plus ou moins long selon les patients. Selon certaines études, environ 30% de la population auraient des difficultés à contrôler les systèmes actuels. Cela explique que ces systèmes ne soient pas encore sur le marché.
La mesure de l’activité cérébrale s’effectue à l’aide de systèmes de type EEG (électroencéphalographie) ou MEG (magnétoencéphalographie). L'acquisition se fait via une série d’électrodes, placée sur le crâne, le cortex ou dans le cerveau, qui enregistre les signaux électriques émis par les neurones. Il existe trois types de méthodes pour enregistrer les ondes cérébrales :